不同土壤改良方法對草莓連作土壤理化性狀、養分和微生物量的影響

李躍飛，李彬，祁石剛，田福發，高學雙，程芳梅，劉書華，李經洽

（1.宿遷市宿豫區農業技術推廣中心，江蘇 宿遷 223800；2.宿遷市農業技術綜合服務中心，江蘇 宿遷 223800；3.江蘇省農業科學院宿遷農科所，江蘇 宿遷 223800；4.宿遷市宿城區農產品綜合檢驗檢測中心，江蘇 宿遷 223800）

草莓屬薔薇科多年生草本植物，其果實色、香、味俱佳，深受消費者喜愛[1,2]。近年來，隨著社會經濟快速發展，耕地面積呈現不斷變小趨勢，而設施草莓栽培面積逐年遞增，隨著草莓產業的發展，草莓土壤連作障礙愈發嚴重[3-6]。連作障礙主要表現為土壤養分失衡、理化性質惡化、微生物群落結構發生改變、自毒物質累積等[7-9]，導致作物出現長勢衰弱、品質降低和產量下降等不良現象[10]。近年來，宿遷市草莓栽培面積已達到2 000 hm2，然而，宿豫保護地呈現出不同的鹽漬化組成特征[11,12]，致使土壤連作障礙給當地草莓產業造成越來越嚴重的負面影響。因此，非常有必要探索當地草莓連作障礙發生的內在因素，研究其消減方法。目前，消減連作障礙的主要方法有物理、生態、生物、化學等手段，其中物理方法有高溫悶棚，是將大棚完全封閉，利用增溫對土壤進行消毒處理，晴天時，20～30 cm 土層能較長時間保持在50～60 ℃，當地表溫度達到70 ℃以上時，持續20～30 d，能顯著提升土壤消毒效果。生態方法為米糠還田，將米糠肥料化是充分利用農業資源的重要途徑，避免隨意丟棄污染環境，不僅可以起到培肥改良土壤，增加土壤肥力的作用，而且還可提高耕地抗逆性。生物方法為利用復合微生物菌劑，遴選具有防病、拮抗有害微生物的菌群，例如促生芽孢桿菌、木霉菌、放線菌和粘帚霉等菌劑，通過微生物肥料的使用，將有益微生物施入土壤中，通過菌株在作物根表、根際和體內定殖、繁殖和轉移，充分發揮菌株的促生長、土壤養分釋放、抗逆、改良土壤等功能，提高肥料利用率，增強作物抗逆性等效果[13]。化學方法為威百畝，具有熏蒸作用的二硫代氨基甲酸酯類殺線蟲劑（化學式為C2H4NNaS2，白色結晶固體），將其在土壤中降解成異硫氰酸甲酯而發揮熏蒸作用，通過抑制生物細胞分裂、DNA、RNA 和蛋白質的合成以及造成生物呼吸受阻，能有效殺滅根結線蟲、雜草等有害生物，從而獲得潔凈及健康的土壤。目前，對宿遷草莓連作障礙土壤的修復研究鮮有將高溫悶棚、米糠還田、復合微生物菌和威百畝熏蒸這4 種土壤處理方法作系統比較研究。因此，本研究對草莓連作后利用4 種不同的土壤改良方法，通過比較水溶性鹽、養分、微生物量和酶活性的變化。明確4 種不同的土壤改良方法對連作草莓土壤修復的作用機制，以期為宿遷設施栽培草莓連作土壤改良方法提供一定的理論依據和科學參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地位于江蘇省宿遷市宿豫區順河街道周石莊社區王振川的地塊（118°18'58''E，33°58'26''N），連作草莓3 年，土壤類型為壤土，土壤理化性質為：pH 7.12，EC 0.6，有機質27.68 g/kg，有效氮270.98 mg/kg，有效磷48.90 mg/kg，有效鉀985.76 mg/kg。供試品種為紅頰草莓。試驗所用的覆蓋地膜為魯冠牌聚乙烯農膜，厚度6 絲，復合微生物菌劑為蘇州大章魚生態農業公司生產的CBM 益生菌（主要菌種為光合菌，枯草芽孢桿菌，木霉菌等），威百畝為江蘇利民化工有限公司生產的利民沃野牌威百畝水劑（含量42%）。

1.2 試驗設計

試驗棚內分別設置5 個處理，每個處理的小區面積均為24 m2，長48 m，寬0.5 m，分別為對照（CK）處理：連續種植草莓3 年，于2020 年8 月底定植，果實收獲期持續到11 月至翌年4 月下旬，2021 年6 月對收獲后的草莓土壤進行取樣；高溫悶棚（T1）處理：將大棚完全封閉增溫處理使土壤溫度達到50℃～60℃，棚內地面上也覆蓋一層透明薄膜，持續20 d；米糠還田（T2）處理：將米糠20 kg均勻撒在連作后的土壤上，用旋耕機旋耕一遍后噴水，然后覆蓋地膜，持續20 d；復合微生物菌（T3）處理：將液態菌劑0.3 kg兌水30 kg配成溶液（濃度為0.01 g/L），均勻澆灌在連作土壤上，用旋耕機旋耕一遍；威百畝（T4）處理：將有熏蒸作用的二硫代氨基甲酸酯類殺線蟲劑（化學式為C2H4NNaS2）10 kg 兌水50 kg 配成溶液（濃度為200 g/L），將溶液通過滴灌均勻施入連作后的土壤中，并立即覆蓋透明薄膜，發揮熏蒸作用，處理15 d后解除薄膜，然后通風晾干5 d。每個處理重復3 次，采用隨機區組設計。

1.3 樣品采集

2021 年6 月，先對宿遷市宿豫區草莓保護地代表性地塊進行土壤農化樣品的采集，取樣深度為0～20 cm，采用五點取樣法，7～8 月后，經過4 種土壤改良處理后，再采集土壤樣品。土樣經抽濕風干后，磨細過20 目篩，測定土壤理化性狀指標；未經風干的土樣直接用來測定土壤微生物量碳、土壤微生物量氮和土壤酶。

1.4 測定項目與方法

土壤鈉（Na+）、鉀（K+）、鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）、硫酸根（SO42-）、碳酸根（CO32-）和碳酸氫根（HCO3-）測定，參照LY/T 1251-1999 森林土壤水溶性鹽分分析；氯（Cl-）元素測定，參照NY/T 1378-2007 土壤氯離子含量的測定；土壤硝態氮（NO3-）測定，參照GBT 32737-2016 土壤硝態氮的測定紫外分光光度法；土壤pH 測定，參照HJ 962-2018 土壤pH 的測定；土壤有機質（SOC）的測定采用重鉻酸鉀容量法，參照NY/T 1121.6-2006 土壤檢測第6 部分；土壤有效氮的測定采用堿解擴散法，參照LY/T 1228-2015 森林土壤氮的測定；土壤有效磷的測定采用分光光度法，參照NY/T 1121.7-2014 土壤檢測第七部分：土壤有效磷的測定；土壤有效鉀的測定采用乙酸銨浸提法，參照NY/T 889-2004 土壤有效鉀和緩效鉀含量的測定；土壤蔗糖酶的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，參照土壤與環境微生物研究法[14]；土壤脲酶的測定采用苯酚鈉次氯酸鈉比色法，參照土壤微生物研究原理與方法[15]；土壤過氧化氫酶的測定采用高錳酸鉀滴定法，參照土壤微生物研究原理與方法[15]；土壤過氧化物酶采用試劑盒名為索萊寶（Solarbio）BC0895-100T/48S；土壤多酚氧化酶測定采用試劑盒名為索萊寶（Solarbio）BC0115-100T/96S；土壤微生物量碳、氮參照熏蒸法測定[15]。

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件對數據進行處理，采用方差分析2017.01 版軟件（南京農業大學農學院王紹華程序設計）進行單因素隨機區組差異性分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良方法對土壤水溶性鹽離子的影響

2.1.1 不同土壤改良方法對土壤水溶性鹽中陰離子含量的影響

表1 可見，土壤中5 種水溶性陰離子除了CO32-沒有檢出，其他4 種離子含量大小順序為SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-。SO42-含量在不同處理間差異顯著（P ＜0.05），與CK處理相比，T2 處理SO42-含量最低；HCO3-含量CK 和T4 處理之間差異顯著（P ＜0.05），其他處理之間差異不顯著（P＞0.05），T2 處理HCO3-含量最低，T4 處理HCO3-含量最高；NO3-含量在不同處理間差異顯著（P ＜0.05），T2 處理NO3-含量最低，T4處理NO3-含量最高；Cl-含量在不同處理間差異顯著（P ＜0.05），T2 處理Cl-含量最低，T3 處理Cl-含量最高。結果表明，T2 處理后SO42-、HCO3-、NO3-和Cl-陰離子含量降低，對草莓連作后由水溶性陰離子造成的土壤鹽漬化的修復效果較好。

表1 不同處理對土壤水溶性陰離子含量的影響Table 1 The content of water-soluble anions in soil with different treatments 單位：g/kg

2.1.2 不同土壤改良方法對土壤水溶性鹽中陽離子含量的影響

表2 可見，土壤4 種水溶性陽離子含量大小順序為K+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+，其中，K+含量在不同處理間的差異顯著（P ＜0.05），與對照處理相比，T4 處理K+含量最小；Na+含量在對照和T4 處理間差異顯著（P ＜0.05），T2 處理Na+含量最低，T4 處理含量最高；Ca2+含量在T1 和T2 差異不顯著，T4 處理Ca2+含量最低，對照的Ca2+含量最高；Mg2+含量不同處理間差異顯著（P ＜0.05），T4 處理Mg2+含量最低，對照Mg2+的含量最高；結果表明，T4 處理對連作后土壤中K+、Ca2+、Mg2+含量的降低效果比較明顯，但對Na+含量的增加有促進作用。

表2 不同處理的土壤水溶性陽離子含量Table 2 The content of water-soluble cations in soil under different treatments 單位：g/kg

2.2 不同土壤改良方法對土壤養分含量的影響

由表3 可見，4 個處理對pH、有機質含量、有效氮、有效磷和有效鉀含量的影響各有差異。各處理對pH 的影響差異比較明顯，T4 和T2 處理均顯著高于對照CK 的1.3 和0.04 個單位，其他2 個處理均低于對照；不同處理對有機質含量的影響差異明顯（P ＜0.05），T4 處理的有機質含量最高，T3 處理的有機質含量最低；不同處理對有效氮含量的影響差異明顯（P ＜0.05），T4 處理的有效氮含量最高，T2 處理的有效氮含量最低；不同處理對有效磷含量的影響差異明顯（P＜0.05），T3 處理的有效磷含量最高，T1 處理的有效磷含量最低；不同處理對有效鉀含量的影響差異明顯（P ＜0.05），對照的有效鉀含量最高，T2 處理的有效鉀含量最低。結果表明，T3 處理在降低土壤pH，增加土壤有效磷含量方面效果最顯著，T4 處理在增加土壤pH，提高有機質含量和有效氮含量效果最顯著。

表3 不同處理的土壤養分含量Table 3 The soil nutrient content of different treatments

2.3 不同土壤改良方法對土壤微生物量的影響

表4 可見，不同處理對土壤微生物量碳（MBC）和微生物量氮（MBN）含量的影響。不同處理對MBC 的影響差異明顯（P ＜0.05），T1 處理后MBC 含量顯著降低而MBN 含量顯著增加，T2 處理MBC 含量和MBN 含量均顯著降低，T3 處理后MBC 含量顯著降低而MBN 含量顯著增加，T4 處理后MBC 含量和MBN 含量均顯著下降且為各處理的最低值，各處理均顯著降低MBC含量，而對MBN含量增減效果不同。

表4 不同處理的土壤微生物量Table 4 The soil microbial biomass of different treatments 單位：g/kg

2.4 不同土壤改良方法對土壤酶活性的影響

不同處理對土壤酶活性的影響不同（表5）。T1 處理后的土壤過氧化物酶含量最高，T2 處理后的脲酶含量最高，T3 處理蔗糖酶和過氧化氫酶含量最高，T4 處理的土壤多酚氧化酶含量最高而其蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和土壤過氧化物酶含量均最低。

表5 不同處理的土壤酶活性Table 5 Soil enzyme activities under different treatments

3 討論

3.1 不同土壤改良方法對草莓連作土壤鹽分的影響

土壤鹽漬化是引起設施栽培連作障礙的主要原因之一。宿遷地區草莓種植方式主要是設施栽培，莓農為了經濟效益最大化和果實甜度增加，多年偏施化學肥料尤其是硫基復合肥和高鉀肥料，片面認為只要加大施肥量，就能獲得豐產，在生產上大量地使用高濃度復混肥等化肥。復混肥主要是以過磷酸鈣、氯化銨、硫酸銨和氯化鉀等為主要原料復混而成，化肥主要以尿素、碳銨和磷酸二銨為主。由于草莓對養分的選擇吸收，使大量的Ca2+、NO3-、Cl-、SO42-殘留在土壤中。同時為了降低生產成本，莓農很少揭膜淋雨，造成設施土壤表層的硫酸根和鉀離子濃度不斷集聚。研究表明，設施草莓土壤經過連續種植后，土壤中陰性離子主要有SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-、陽性離子主要有K+、Mg2+、Ca2+、Na+。本研究共檢測8 種陰陽離子，土壤陰陽離子含量隨土壤處理方法呈現出一定的規律性變化，其中4 種陰離子含量在不同處理間大小順序為SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-，4 種陽離子含量大小順序為K+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+，其中4 種處理方法與對照相比，米糠還田處理后四種陰離子含量都最低，對消除土壤陰離子最有效，這與李彬等[16]研究米糠對土壤硝態氮與水溶性總鹽含量降低結果一致。威百畝處理對土壤中K+、Ca2+、Mg2+含量的降低效果比較明顯。因此，根據設施草莓連作土壤特性，改良設施草莓土壤的方法，一方面，需要通過科學平衡施肥等措施消減土壤離子增量[17]；降低土壤電導率和硝態氮含量[18]，從根源上減少土壤鹽分增加；另一方面，需要通過米糠還田等生態措施入手，減少土壤水分蒸發和離子向表層移動聚集；通過增加碳源，增進微生物活性，消減土壤鹽基離子[16]。

3.2 不同土壤改良方法對連作草莓土壤養分的影響

草莓根系是吸收養分的主要器官，屬須根系，分布淺，90%的根位于地下15 cm 以內。適宜在pH 5.5～6.5的偏酸性土壤環境中生長。本研究發現，對照和各處理土壤的pH 都在7.87 以上，均超過了草莓生長的最適酸堿度，且符合宿遷歷史上處于黃泛區土壤整地偏堿的特征。通過4 種不同的土壤改良方法，并不能將土壤pH降低到7 以下，而威百畝處理本身為堿性物質，導致土壤堿性更強。

參考中國第二次土壤普查推薦的養分分級標準[19]，對本研究中的連作土壤有機質、大量元素等養分進行分級，確認對照及各處理的有機質含量均為中上（3級），有效氮含量為高（2 級）、有效磷含量為高（2 級）、有效鉀含量為極高（1 級）。本研究表明，經過草莓多年連作，土壤的有機質、氮、磷、鉀速效養分均具高位，通過土壤改良，尤其是威百畝能進一步提高土壤有機質、有效氮和速效磷的含量。

3.3 不同土壤改良方法對連作草莓土壤微生物量的影響

土壤微生物量是土壤自然肥力的重要指標之一，能參與土壤有機質的合成和分解，是土壤有機質的活性組分。其中土壤微生物量碳（MBC）是土壤有機碳庫的一部分，雖然占比僅為有機質的1%～4%[20]，但是在土壤養分吸收與轉化、質量監測、能量儲存中起主導作用，與土壤中的氮、碳、硫、磷等成分密切相關；土壤微生物量氮（MBN）是土壤有效氮的主要來源，其含量大小決定土壤氮素肥力的高低[21]。本試驗中高溫悶棚、米糠還田和復合微生物菌（CBM 菌）處理均對微生物碳含量減少和氮含量增加有促進作用，而威百畝處理卻降低微生物碳和微生物氮含量，表明化學熏蒸處理能嚴重抑制土壤中微生物的活性，同時也證實了單純的化學處理對土壤肥力有顯著的負作用，不建議將化學處理作為單一或最后的土壤改良方法。

3.4 不同土壤改良方法對連作草莓土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素，推動著物質轉化，在土壤碳、氮、磷循環過程中具有重要的作用。土壤酶的活性反映了土壤中進行的各種生物化學過程的強度和方向，同時易受環境中物理、化學和生物等諸因素的影響。本試驗中T3 處理對蔗糖酶和過氧化氫酶含量增加效果最顯著，這與陶加樂等[22]增施生物有機肥對蔗糖酶和過氧化氫酶的研究結果相似；T4 處理對蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和土壤過氧化物酶降低效果最顯著，其原因在于T3 復合微生物菌的生物處理和T4 威百畝的化學處理對土壤酶的種類和活性的影響差異較大。研究表明，蔗糖酶與土壤有機質、氮、磷含量、微生物數量及土壤呼吸強度有關。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越高。本研究中的蔗糖酶活性在復合微生物菌處理下明顯提高，而在威百畝的化學處理下顯著降低。

脲酶活性與土壤的微生物數量、有機物質含量、全氮和速效磷含量呈正相關，常用土壤脲酶活性表征土壤的氮素狀況。本研究中脲酶活性在米糠還田處理下較對照增加顯著，可能與米糠還田顯著增加土壤有機質含量有關。關松蔭[23]研究表明，土壤中過氧化氫酶對于改善土壤肥力具有重要的作用；唐海濱等[24]研究發現，過氧化氫酶活性與土壤全氮呈極顯著正相關，全氮對過氧化氫酶活性的影響表現在直接效應上，而速效鉀、速效磷、全磷、有機質則通過間接作用影響過氧化氫酶的活性。本試驗中過氧化氫酶活性在米糠和復合微生物菌處理下活性升高，這與關松蔭[25]研究過氧化氫酶活性與有機質含量及微生物數量有關研究結果一致；而在高溫和威百畝處理下活性下降，這可能和高溫、殺菌劑對酶活性破壞有關。

土壤過氧化物酶（S-POD）主要來源于土壤微生物，能夠氧化土壤有機物質（酚、胺及某些雜環化合物）產生過氧化物，在腐殖質的形成過程中具有重要作用。本試驗中土壤過氧化物酶活性除了具有其他酶相似的變化趨勢，在高溫處理下活性更強，在米糠還田下活性反而降低。

土壤多酚氧化酶（S-PPO）主要來源于土壤微生物、植物根系分泌物及動植物殘體分解釋放，能催化土壤生成有機質和色素，完成土壤芳香族化合物循環，用于土壤環境修復。土壤多酚氧化酶與土壤理化性質相關性并不具有規律性。研究表明，多酚氧化酶與氮、磷和有機質等相關性不顯著[26,27]；劉秀清等[28]的研究則表明，多酚氧化酶活性與全磷、全氮、有機質質量分數呈極顯著負相關，與速效磷質量分數呈顯著負相關。本試驗中土壤多酚氧化酶活性在高溫、米糠和威百畝處理下有所增加，這與謝春艷等[29]多酚氧化酶活性與有機質分解和發酵溫度密切相關的研究結果較為一致；反而在復合微生物菌處理下下降，跟其他酶活性的變化趨勢不一致，這可能與高華等[30]研究復合微生物菌在沒有發酵或發酵結束后，對多酚氧化酶活性有降低效果有關，有待進一步研究。

綜上所述，連作草莓土壤酶活性的變化因具體的不同土壤處理方法和酶種類的不同而有所不同，其機理可能是通過對土壤pH 的調控而間接改變土壤酶的活性[31]。

4 結論

單純的物理、生態、生物或化學處理方法對草莓土壤連作障礙改良效果有明顯差異。總體而言，高溫悶棚這種物理處理方法投入和用工少，操作簡便，適合用于連作障礙發生較輕的地塊應用；米糠還田這種生態處理方法雖然用工多，操作復雜，但能提高土壤有機質含量，對土壤微生物多樣性影響小，更適合改良由土壤陰離子造成的連作障礙土壤；復合微生物菌這種生物處理方法投入和用工增加，但能降低土壤的酸堿度，提高土壤蔗糖酶活性和肥力，適合連作障礙嚴重且基礎肥力較高的地塊；威百畝這種化學處理方法投入和用工多，操作要求高，對土壤各類微生物均有殺滅作用，適合連作障礙特別嚴重地塊，并且只能作為一種前置處理方法來應用，必須結合后面的補償土壤有益菌的處理。從經濟性和綜合處理效果來看，高溫悶棚和米糠還田兩種方法更便于生產中推廣，同時可再結合另外兩種處理方法，因地制宜，才能產生最佳處理效果。

本研究由于只開展單一類型的土壤處理，沒有進行單一處理的定量試驗和單一處理的復合試驗，加上土壤處理的方法和時間受當地氣溫和設施影響比較大，沒有進行土壤處理后草莓移栽驗證試驗。因此，相關研究將在后續的工作中進行改進和提升。